【摘 要】
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舰船在水上前行中会因振动而产生噪声,噪声的存在会降低舰船的隐身效果,使其极易被敌方探测、定位、跟踪,严重降低了舰船的生存力及战斗力。采用减振、降噪技术可有效降低舰船自噪声,一方面增大声呐探测距离(进攻时),另一方面提高舰船隐蔽性(防御时),增强攻防能力。目前,围绕传统材料及结构开展的减振降噪技术研究已很难再有突破性进展,为此,本论文试图利用复合材料轻质、高阻尼、可设计性强的特点,寻求高阻尼复合材料
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舰船在水上前行中会因振动而产生噪声,噪声的存在会降低舰船的隐身效果,使其极易被敌方探测、定位、跟踪,严重降低了舰船的生存力及战斗力。采用减振、降噪技术可有效降低舰船自噪声,一方面增大声呐探测距离(进攻时),另一方面提高舰船隐蔽性(防御时),增强攻防能力。目前,围绕传统材料及结构开展的减振降噪技术研究已很难再有突破性进展,为此,本论文试图利用复合材料轻质、高阻尼、可设计性强的特点,寻求高阻尼复合材料,设计新型复合材结构,以实现水下舰船结构的减振降噪。首先,制备了碳纤维/乙烯基、芳纶纤维/乙烯基两种高阻尼复合材料。围绕舰船运行的各种复杂环境工况,开展了高低温循环实验、盐雾箱老化实验、高压海水介质实验,分析了不同环境工况下高阻尼复合材料的力学性能、阻尼性能,完善了复合材料的水下力学/声学性能参数。其次,基于流固耦合方法及模态应变能法,建立了水下复合材料振动特性数值模拟计算方法:使用ACP技术完成了复合材料层合板有限元模型的构建;利用workbench的modal模块及modal acoustics模块实现了干/湿模态性能的计算分析;采用APDL参数化有限元方法提取了阻尼性能参数。基于该方法,论文研究了空气/水下两种环境下碳纤维/乙烯基复合材料的固有频率、模态振型、阻尼比;分析了不同增强体(碳纤维、芳纶纤维)高阻尼复合材料的水下振动特性;探究了不同纤维铺层角度对复合材料模态振型、固有频率、阻尼比的影响规律,为进一步的高阻尼复合材料及结构的设计提供了依据。最后,利用有限元数值模拟技术,进一步设计了高阻尼夹芯复合材料结构,分析了其干湿模态振型、固有频率,阻尼比等水下振动特性参数,并与高阻尼层合复合材料的性能进行对比;与此同时,采用3D打印技术制备了夹芯复合材料结构,分析了不同夹芯结构的工艺可实现性,并对其阻尼性能进行了测试及分析。结果显示夹芯结构复合材料相比于普通碳纤维/乙烯基树脂复合材料,阻尼性能有明显提高。
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